Eaton-linsen, som er afbilledet her, reflekterer lys tilbage i samme retning, som det kom fra. (Foto: Aaron Danner)

Europæiske og asiatiske forskere har udviklet en ny slags spejl, der altid tegner et perfekt spejlbillede af et objekt, uanset hvor det befinder sig. Dermed adskiller spejlet sig fundamentalt fra almindelige spejle, hvor man kun kan se sit eget spejlbillede, hvis man står lige foran det.

Den måde, hvorpå spejlet manipulerer med lys, kan sammenlignes med dét, der sker, når man kaster en boomerang: Uanset i hvilken retning boomerangen bliver kastet, vil den altid komme tilbage igen til det sted, hvorfra den kom. Det samme sker med det lys, der rammer spejlet.

Opfindelsen, der er udviklet af professor i fysik Ulf Leonhardt ved University of St. Andrews og hans kolleger, præsenteres i nyeste udgave af det anerkendte videnskabelige tidsskrift 'Nature Materials'.

Det modsatte af en usynlighedskappe

Spejlet gør det modsatte af de såkaldte 'usynlighedskapper', som de selvsamme forskere var med til at udvikle for få år siden.

Usynlighedskappen er fremstillet af en særlig slags materiale, der behændigt guider indkommende lys uden om objektet. Da lyset ikke bliver reflekteret tilbage, er objektet usynligt.

Selv om det nye spejl afbilder alting i sine omgivelser i stedet for at skjule dem, er det fremstillet af de selvsamme såkaldte 'metamaterialer', som usynlighedskappen.

Metamaterialer adskiller sig fra almindelige materialer ved den måde, de er opbygget på. Mens almindelige materialers opførsel er bestemt ved deres kemiske sammensætning, får de kunstigt fremstillede matamaterialer deres egenskaber fra deres særlige fysiske struktur.

Det nye spejl kan manipulere med lysbølger, fordi det er opbygget af bitte små strukturer, der er meget mindre end bølgelængden af det indkommende lys.

At lave så små strukturer er imidlertid en ekstremt svær opgave, og foreløbig er det kun lykkedes at gøre strukturerne så små, at metamaterialerne kan reflektere mikrobølger, der har forholdsvist lange bølgelængder. Strukturer, der kan jonglere med lys af kortere bølgelængder - som eksempelvis dem, der ligger inden for det synlige bølgelængdeområde - er det indtil videre ikke lykkedes forkerne at udvikle.

Spår en gylden fremtid

Forskerteamet har store forhåbninger til det nye spejl, fordi de mener, at det på sigt har mange anvendelsesmuligheder:

Installeres det på et fly, et skib eller på satellitter, vil et universelt spejl ifølge teamet gøre det betydeligt lettere at følge dem på radar. Normalt når radiobølger rammer fx et fly, spredes de tilbage i mange forskellige retninger, mens kun nogle få sendes tilbage til afsenderen. Med et radiobølgespejl vil langt størstedelen af alle radiobølger ifølge forskerne blive reflekteret tilbage til afsenderen, så signalet bliver langt kraftigere og dermed betydeligt lettere at følge.

Også militæret vil få glæde af det, siger forskerne. Mange enheder bruger laserstråler til at låse sig fast på et mål. Med det nye spejl vil denne lås blive betydeligt mere effektiv.

Nyt spejl mindre end en hånd En grafisk præsentation af, hvordan det universelle spejl sender lyset tilbage. (Illustration: Aaron Danner)

Spejlene kan også bruges til at beskytte objekter fra flybaserede, højenergi-lasersystemer, fordi de sender laserstråleren direkte tilbage i fjendens lejr.

Lunken modtagelse i Danmark

I Danmark følger materialefysikere landvindingerne inden for metamaterialerne med stor interesse. Det gælder bl.a. professor Dr. Techn., Ph.d. Martin Kristensen, der både er tilknyttet Aarhus School of Engineering samt forskningscentret iNano, Institut for Fysik & Astronomi på Aarhus Universitet. Også denne opfindelse synes han er interessant, selv om han umiddelbart har svært ved at se, at det skulle være noget enestående.

»Selv om man kan lave mange fantastiske ting med metamaterialer, så er der så vidt jeg kan se ikke noget unikt ved dette spejl. De opgaver, som spejlet kan løse, har man kunne klare ved hjælp af klassisk optik i mange år,« siger han.

Med klassisk optik henviser han til de såkaldte 'cornercubes', der ved hjælp af prismer af glas er i stand til næsten 100 procent at reflektere indkommende lys i samme retning, som det kom fra, hvis man ser bort fra en lille forskydelse af spejlbilledet.

»I en cornercube er lyset forskubbet en smule, men ikke mere, end hvad man kan kompensere for og rette op på,« pointerer Martin Kristensen.

Han ser dog én stor fordel ved spejlet, nemlig at det inden for mikrobølgeområdet kan gøres betydeligt mindre end de eksisterende 'cornercubes'. Og det kan have afgørende betydning, hvis man f.eks. vil bruge opfindelsen inden for militæret.

»En cornercube inden for mikrobølgeområdet er halvstor, den er på størrelse med en køkkenvask, og her er det nye spejl betydeligt mindre. Det gør det lettere at anvende til f.eks. militære formål. Så inden for mikrobølgeområdet er den nye opfindelse en fin og brugbar ting,« siger han.

Til gengæld er han dog lidt skeptisk overfor forskerteamets påstand om, at det skulle kunne lade sig gøre at lave et sådant spejl inden for det synlige område. Her kan cornercubes nemlig allerede gøre arbejdet både godt og billigt. Hvis det nye spejl skal kunne overtrumfe det, skal den kunne løse opgaven perfekt, hvilket han tvivler på kan lade sig gøre i nærmeste fremtid.

»Jeg kan ikke lide at de siger, at et sådant spejl vil kunne bruges til synligt lys. Jeg opfatter det lidt som et mediestunt, når de påstår, at sådan et spejl vil kunne løse opgaven meget bedre. Cornercubes virker rigtigt godt inden for det synlige område. De er tæt på at være det ideelle værktøj,« slutter han.

Det nye spejl er omkring en centimeter høj, 10 centimeter i diameter og opbygget af kobberkredsløb, der hver har en diameter på tre millimeter. Når mikrobølgerne med deres bølgelængde på tre centimeter rammer de små cirkler, skydes de tilbage i præcis den samme retning, som de kom fra. Derfor får man et perfekt spejlbillede af sig selv i mikrobølgeområdet, uanset hvor man står.

Rammer mikrobølger et spejl lavet af et vilkårligt andet materiale, reflekteres de på en måde, så indfaldsvinklen er lig udfaldsvinklen. Dermed vil man kun kunne se et spejlbillede, hvis man står lige foran spejlet.